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UC3846半桥式DCDC开关电源设计

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玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-23 10:36:14
  /*****作为一名电源界菜鸟,一名即将步入社会的菜鸟,一名即将毕业的老学长,当我看到8th的大赛宣传网页的时候,内心是无比激动地。作为一名即将走入工作岗位的电源界新人,理论及实践能力的积累量意味着日后工作的顺利与否,那么何不趁这次DIY的机会和各位大佬们交流探讨,提升自身的专业技能。要是做得好呢,完全可以来个毕业设计嘛,一举几得的事情何乐而不为呢!                     
      最近看到TI的一款芯片——UC3846/7,而且对半桥的拓扑结构只是理论了解,并未实际制作过,故这一次决定做一款半桥式开关电源,也是涉猎大功率电源而迈出的第一步,前期计划200W[24V8A](之前做过最大功率120W)。每一阶段的设计步骤及成果现象,本人将在此贴中陆续更新。
      今日特开此贴,以便与同行们共同探讨学习。
      附本人参加招聘会听到的一句话:
海阔凭鱼跃,天高任鸟飞。*****/



      虽然第8期结束了,由于之前实习忙,现在不定时更新,更完此贴,谢谢大家的支持,欢迎随时指正!



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世纪电源网雪花
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超级版主
  • 2017-11-23 10:38:38
 
前排支持
玮笑帅
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  • 2017-11-23 10:40:36
 
哈哈,好
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-23 10:42:24
 
附UC3846/7数据手册一份

UC3846.pdf

1.6 MB, 下载次数: 220

心如刀割
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高级工程师
  • 2017-11-23 15:46:06
 
是中文的吗?
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-23 20:15:05
 
英文的,其实没必要全看懂  能看懂关键的和需要的内容就行了
x1995418
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副总工程师
  • 2017-11-23 12:00:52
 
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高级工程师
  • 2017-11-23 16:39:54
 
合个影,顶楼主 QQ图片20171123163634.jpg
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-23 20:15:48
 
谢谢,学生党一枚,还望大佬们指正啊
x1995418
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副总工程师
  • 2017-11-28 09:19:23
 
共同学习!!
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-23 20:43:38
 
先谈一下半桥拓扑吧!
首先,半桥和全桥拓扑晶体管的电压应力等于直流输入电压,而不像推挽、正激拓扑那样为输入电压的两倍。所以,桥式拓扑广泛应用于那些直流供电电压高于晶体管的安全耐压值的离线式变换器中。桥式拓扑的另一优点是,能将变压器初级侧的漏感电压尖峰钳位于直流母线电压,并将漏感储存的能量回馈到输入母线,而不是损耗在有损缓冲电路的电阻元件上。

电路的工作过程大致如下:
Q1导通,Q2关断,变压器两端所加的电压为母线电压的一半,原边能量向副边传递;
Q1关断,Q2关断,变压器副边两绕组由于整流二极管两个罐子同时续流而处于短路状态,原边绕组也相当于短路状态;
Q1关断,Q2导通,变压两端锁甲电压也基本上是母线电压的一半,原边能量向副边传递。

半桥拓扑结构

半桥拓扑结构
心如刀割
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高级工程师
  • 2017-11-24 09:43:13
 
“桥式拓扑广泛应用于那些直流供电电压高于晶体管的安全耐压值的离线式变换器中”?这句话看似不怎么理解呢?
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-24 11:05:29
 
可以这么理解吧:同样是600V的mos管,桥式的直流供电电压理论上可以达到600V,而反激拓扑直流供电电压理论上不到300V。
心如刀割
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高级工程师
  • 2017-11-24 11:54:13
 
那不是说用于输入高于开关管耐压的场合吗?
有矛盾啊。
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-24 20:15:52
 
对不起,这句我是摘抄《开关电源设计(第三版)》63页的,这点其实我也没有搞太懂。
心如刀割
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高级工程师
  • 2017-11-24 22:58:39
 
技术没有什么对不起的,有问题就共同讨论。

玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-25 10:06:34
 
那您觉得这儿应该怎么理解合适
心如刀割
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高级工程师
  • 2017-11-25 11:52:37
 
可以把前后文一起发上来看看。
我是觉得既然  Vin=Vds,那么又怎么用于输入大于开关管耐压的场合呢?
aa20897
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实习版主
  • 2017-11-25 19:27:23
 
总之意思就是应力相比推挽,正激这种要小的多,对开关管的应力要求要小的多。
心如刀割
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高级工程师
  • 2017-11-25 21:49:28
 
这是不错,开关管应力低了。但是搞技术不能这样不求甚解,为什么少广泛用于输入比开关管耐压高的呢?或许作者错了,又或许有什么奥妙呢
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-26 09:15:05
 
我觉得是这样的:这里的安全耐压值指的是管子关断的时候漏极(d)和源极(s)之间的压差,而这个压差是小于输入直流电压的,应该是1/2直流输入电压的关系,所以说“桥式拓扑广泛应用于那些直流供电电压高于晶体管的安全耐压值的离线式变换器中
YTDFWANGWEI
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  • 2017-11-28 19:11:18
 
我的理解,人家原著根本不是这个意思,译者翻译有所缺陷,大家没细追究就印出来了。
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-28 19:35:20
 
有可能吧!这一点上能查到的资料差不多都是这么写的,估计是译者翻译有误
aa20897
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实习版主
  • 2017-11-29 21:51:44
 
何必这么纠结,你自己去找一下英文咯,看上面是怎么说的,没多少意思,就是对MOS的应力要求较小的意思。

心如刀割
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高级工程师
  • 2017-11-29 21:59:24
 
呵呵,确实没意思,反正又不会这样去用。
YTDFWANGWEI
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  • 2017-11-28 19:07:20
 
你要说桥式供电理论600还多少说的过去,反激不超过300就要限制好多条件了,因为反激的反射电压跟输入电压可不是简单的1:1关系
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-28 19:34:03
 
对啊,反激拓扑中开关管的耐压值不是2倍直流输入电压+裕量嘛
YTDFWANGWEI
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  • 2017-11-28 19:50:46
 
那怎么会呢,现在小的充电器,要按照你这个逻辑其不是要至少800v甚至900v的管子?而实际我估计大多数都是700,甚至不派出600的
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-28 21:41:52
 
对啊   我做的反激我用的是600V的管子,这个应该跟功率是有关系的,功率不大那管子就不容易烧。毕竟手机充电器的功率比较小
心如刀割
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高级工程师
  • 2017-11-28 23:47:16
 
功率是有点影响,但耐压选取的主要因素不是功率。人家做250W的反激最高输入264V一样是用600V的管
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-29 09:18:02
 
反激做250W!这好像有点够呛吧
心如刀割
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高级工程师
  • 2017-11-29 09:31:45
 
呵呵,变压器得大
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-29 11:55:59
 
您做过250W的反激??
YTDFWANGWEI
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  • 2017-11-29 10:22:02
 
这个设计估计600V管子做出来指标不会太好看。
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-29 11:51:57
 
现在好多电源都不是特别在意指标这些问题,尤其手机充电器,有问题的太多了
心如刀割
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  • 2017-11-29 12:18:54
 
不知道什么指标
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-29 20:11:49
 
效率、电压调整率、负载调整率、纹波等等
YTDFWANGWEI
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  • 2017-11-29 10:20:13
 
功率小了,占空比就可以选择的很小,反射电压就很低,那么MOS管就可以选择低压的。
世纪电源网-小王
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超级版主
  • 2017-11-29 10:27:09
 
玮笑帅
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  • 2017-11-29 11:56:59
 
对,受教了
心如刀割
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高级工程师
  • 2017-11-29 12:20:25
 
那么效率呢?
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-29 20:10:32
 
效率肯定不会很高啊
aa20897
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实习版主
  • 2017-11-25 19:26:31
 
MOS管应力等于输入直流电压,不同于推挽、正激的两倍输入直流电压应力
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-24 09:38:17
 
今天写点关于UC3846的东西吧。
UC3846和UC3847都是16引脚的PWM控制器,其主要区别为:在关断状态下,UC3846输出低电平,UC3847输出高电平。本设计采用UC3846芯片,故对UC3846的特点做出说明:
(1)自动前馈补偿;
(2)内置差动电流检测放大器,共模输入范围宽;
(3)大电流图腾柱式输出,输出峰值电流500mA;
(4)内置欠电压锁定电路;
(5)内置软启动电路;
(6)具有外部关断功能;
(7)工作频率高达500KHz。
当然,这不是芯片的所有特点,本人只是列出了其中典型的几点特点。
芯片的振荡频率的计算公式为:f=2.2/Rt*Ct;Rt的取值范围为1~500KΩ,Ct的取值一般在100pF以上。

芯片的内容就暂时更新这些吧,后续电路设计出来了再更新芯片的测试情况。
x1995418
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副总工程师
  • 2017-11-24 19:03:31
 
学习了
玮笑帅
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  • 2017-11-24 20:16:21
 
共同学习
aa20897
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实习版主
  • 2017-11-25 19:23:41
 
UC3846和UC3847这种兄弟IC,TI好多现成的,哈哈
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-26 09:10:24
 
您意思是有现成的电路图?
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-26 20:45:41
 
今天开始测芯片了,设定频率为65KHz,示波器测得11#14#推挽输出,占空比0.8,死区0.2

芯片输出波形

芯片输出波形

MaiLANG
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  • 2017-11-26 21:46:52
 
半桥驱动器 TLP250  25KHZ
玮笑帅
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  • 2017-11-26 21:57:43
 
那不行,频率跟不上
hunter4051
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  • 2018-1-4 08:47:19
 
前排围观学习....
玮笑帅
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  • 2017-11-27 10:00:01
 
       今天分析半桥结构的时候,半桥结构中的MOSFET驱动不好做啊。由于上下桥臂不共地,即原边电路的开关管不共地,驱动信号只能用变压器隔离驱动或者半桥驱动器。看来之前是把半桥电路想简单了。这两天先解决mos管驱动的问题,有问题解决问题就是学习的过程,慢慢来,总会做好的

       哪位同行有驱动电路这方面的经验,给我分享分享,谢谢!
世纪电源网雪花
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超级版主
  • 2017-11-27 10:17:15
 
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-27 10:36:46
 
好贴,谢谢!
世纪电源网雪花
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  • 2017-11-27 11:01:11
 
不客气
YTDFWANGWEI
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  • 2017-11-28 19:14:40
 
浮地驱动ic,最早的ir2110之类的不就是给半桥设计的吗,当然现在肯定有更先进的
玮笑帅
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  • 2017-11-28 19:37:23
 
本来是打算用IR2110的,现在我采用的是NCP5181驱动芯片
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-28 16:13:28
 
由于没有半桥驱动器,这几天没法做,今天画了下草图,不知道对不对

原理图

原理图

YTDFWANGWEI
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  • 2017-11-28 19:19:47
 
整流出来有电解电容的话,就可以根据设计指标选择合适的分压电容,那么,变压器原边串联的电容就可以前去掉了
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-28 19:38:57
 
这一点还真没注意到,谢谢您的提议,我会认真考虑的
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-11-30 11:57:32
 
       买的半桥驱动器还没来,调试工作这几天没法进展,今天来说说半桥电源的优缺点吧。正所谓:人无完人。
       首先,半桥式电源输出功率大,工作效率高。半桥式开关电源与推挽式开关电源一样,由于两个开关管轮流交替工作,相当于两个开关电源同时输出功率,其输出功率约等于单一开关电源输出功率的两倍。因此,半桥式电源输出功率大,效率高,经全桥或全波整流后,输出电压的电压脉动系数Sv和电流脉动系数Si都很小,仅需要很小的滤波电感和电容,其输出电压纹波就可以达到很小。
       其次,半桥式电源的开关管的耐压值比较低。这一点在此不再赘述,针对开关管耐压值的问题在前面的楼层和几位电源同行做出了很好的交流讨论,各抒己见,有摩擦与分歧,但更多的是学习与收获。十分感谢大家在百忙之中和鄙人交流讨论,并作出指正,在此不再一一鸣谢。
       第三,半桥式电源的变压器初级线圈只需要一个线圈,这对小功率电源变压器的线圈绕制多少带来了一些方便。但对于大功率电源来说并不好,因为大功率电源变压器线圈的绕制需要用多股线来绕制。
       第四,半桥式电源的缺点主要是电源利用率低。因此,半桥式电源不适宜用于工作电压较低的场合。另外,半桥式电源中的两个开关管链接没有公共地,这对于驱动信号来说就比较麻烦。
       第五,半桥式电源的另一个缺点是:当两个开关管处于交替转换工作状态的时候,两个开关管会同时出现一个时间很短的半导通区域,即直通。这是因为开关管在开始导通时相当于对电容充电,它从截止到完全导通需要一个过渡状态;而开关管从导通到截止状态相当于对电容放电,它从导通到完全截止也需要一个过渡状态。当两个开关管处于过渡过程时,会对电源电压造成短路。此时,两个开关管将会产生很大的功率损耗。为了降低开关管在过渡过程中产生的损耗,一般都有意让两个开关管的导通和截止时间错开一小段时间。
       优缺点就写这么多吧,如有其它不同见解热忱希望大家跟帖发表,我们一起讨论学习。

       再次感谢各位同行的热心指正,谢谢!
MaiLANG
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  • 2017-12-2 09:39:42
 
期待楼主的半桥,向楼主学习学习!
MaiLANG
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高级工程师
  • 2017-12-2 09:44:54
 
5181应用电路

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玮笑帅
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  • 2017-12-2 10:16:41
 
没毛病,共同学习进步!
玮笑帅
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  • 2017-12-5 10:04:02
 
最近这几天,临近期末写作业、写实验报告、做课程设计啥的事太多,驱动器NCP5181都到了好几天了,刚才才测了下驱动器,一切正常。   

驱动器电路图

驱动器电路图
        

波形

波形

黄色为驱动器NCP5181低端输出波形;蓝色为芯片UC3846低端输出波形。可见经驱动器后波形基本上是保持一致的。因为没有差分探头,故高边驱动波形没有测量。
aa20897
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  • 2017-12-5 21:04:36
 
高端MOS不是剪了插座保护地就可以测?你是想高低端MOS一起测吗?
玮笑帅
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  • 2017-12-5 21:44:37
 
您说的没错,之前的确是这么用的,不过后来老师知道了骂了一顿,现在就不敢测了,毕竟是学校的设备啊
aa20897
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  • 2017-12-5 23:26:08
 
怼他,问他为啥嘛,让他讲清楚,敢不敢?
不行就用个变压器咯。
玮笑帅
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  • 2017-12-6 09:29:39
 
老师说:这样使用是不安全的,你只会损坏学校的示波器,我要是再跟他怼,那就上升到不尊重了。
我现在采用半桥驱动器的方案,后面想办法测吧
aa20897
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实习版主
  • 2017-12-6 21:20:47
 
又不是骂他,何来不尊重,学生嘛,不懂就问嘛,
为啥会坏示波器呀?啥原理呀,让老师解释解释学习一下,不是很好嘛
玮笑帅
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  • 2017-12-7 09:27:21
 
哈哈!老师也并不一定啥都知道啊,如果探头夹不合适,炸了的话会损坏探头(我已经炸过一个了)
YTDFWANGWEI
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  • 2017-12-7 08:35:04
 
老师说得是对的,如果没有隔离的变压器供电,最好不要测量高端的波形。并不是说去掉示波器供电的地线就是安全的。
玮笑帅
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  • 2017-12-7 09:28:56
 
对,您说的没错,之前也减掉保护地用过示波器,但确实会遇到一些问题,还是存在安全隐患的
aa20897
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  • 2017-12-7 20:46:02
 
遇到什么问题了?
玮笑帅
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  • 2017-12-7 22:06:03
 
比如干扰啊,有时候甚至测不到波形
aa20897
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  • 2017-12-7 22:36:18
 
去掉个保地线有什么干扰,
怎么可能测不到波形,那你把保护地接上也测不到波形,大把人这么用,
你用的这示波器还挺奇葩的。
玮笑帅
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  • 2017-12-7 22:40:48
 
也许是我们的探头有问题,甚至示波器不行,但这是没办法改变的,学校就是这样的设备,我们尽力做好自己的事情
玮笑帅
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  • 2017-12-8 22:11:53
 
进展情况:由于之前没有搞过半桥拓扑,就想着先做一个DC-DC电路,把拓扑熟悉了,驱动、反馈等调的差不多了再做AC-DC。
DC-DC变压器算出来绕制好加电路里,结果输入电流飙升,开关管直接发烫甚至冒烟。UC3846芯片设置频率65KHz,电流环和电压环都没有接入,芯片工作于最大占空比输出状态,驱动信号是正常的。
请教一下,出现变压器饱和,输入电流飙升的情况是怎么回事?是电路有问题还是?
微信图片_20171208222116.jpg
YTDFWANGWEI
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  • 2017-12-9 08:34:33
 
也不一定是变压器饱和,有可能是桥臂直通,将死区时间设置大一些试试。
玮笑帅
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  • 2017-12-9 09:16:54
 
设置的最大占空比是0.4,按理说应该足够了,我去试试把死区再调大点
玮笑帅
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  • 2017-12-9 11:50:00
 
刚才测了一下,把占空比调0.2-0.3了,没有改变,还是同样的情况
yzpc05d_x04
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  • 2017-12-12 15:54:04
 
输入电流飙升,请问是如何确定的?
有如下几个情况,需要核实一下:
1、确定下MOS的最大工作频率;
2、最好加入电压反馈与电流反馈,否则变压器容易饱和。
如果确定是电流飙升;
1、另一个情况是,确定下输出有无短路;
2、变压器原边电感量设计是否合理。

玮笑帅
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  • 2017-12-12 16:00:39
 
首先,谢谢您的解答。
电路工作在65KHz频率下,现在是开环状态下,目前想法就是加电流环和电压环,正在设计环路。
输出是可以测到变压器转换过来的电压的,而且是随着输入电压的变化而实时变化的,没有短路现象;变压器的原边电感量应该是没有问题的,已经调整变压器及电感量好几次了,但效果一样。
yzpc05d_x04
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  • 2017-12-12 16:41:59
 
还有两个需要确认下,电容是否发烫,以及MOS的具体型号麻烦提供下。
一般情况下,变压器原边电流的产生有两个途径
1、次级带有负载;
2、变压器原边有自损耗,例如开关损耗,短路,漏电流等。
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-12-12 18:03:17
 
电容没有摸,不知道有没有发烫。MOS用的是IR640。输出空载
yzpc05d_x04
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  • 2017-12-12 18:49:34
 
看看波形,以及输入布线
玮笑帅
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高级工程师
  • 2017-12-12 19:22:05
 
一上电没几秒管子就特别热,波形只是测了栅极驱动(正常)。板子是焊的洞洞板
YTDFWANGWEI
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  • 2017-12-14 09:01:02
 
MOS管是裸漏,没有加散热?那看看DS波形,如果DS波形正常,发热也是对的。
玮笑帅
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  • 2017-12-14 11:39:35
 
发热太严重,不对,空载,而且是一加电就有问题了。今天加反馈环路,再测试一下
YTDFWANGWEI
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  • 2017-12-14 11:55:25
 
空载,不代表管子不会发热,看波形才是主要的。
玮笑帅
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  • 2017-12-14 11:58:21
 
那好,待会我去拍个波形照片
lixinghua
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  • 2017-12-9 08:49:57
 
楼主加油~
玮笑帅
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  • 2017-12-9 09:17:34
 
谢谢!向您学习
玮笑帅
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  • 2017-12-23 19:46:30
 
最近在想一个问题:做200-300W功率的电源,选用半桥拓扑合适吗?
何仙公
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  • 2018-1-2 10:27:44
 
合适
心如刀割
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  • 2018-1-2 19:23:28
 
选拓扑功率要考虑,使用场合、实际负载也需要考虑一下。
玮笑帅
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  • 2018-1-3 11:31:16
 
现在主要是熟悉拓扑结构,做一款较稳定的电源,所以考虑因素较少
心如刀割
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  • 2018-1-3 20:05:56
 
200~300W要稳定可靠点,用正激就行了
aa20897
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实习版主
  • 2018-1-3 20:46:35
 
稳定可靠有什么关系?半桥不可靠吗?
心如刀割
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  • 2018-1-3 20:54:32
 
相对而言,正激隐患少点
玮笑帅
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  • 2018-1-3 22:31:23
 
我觉得可靠性不是大问题,成本应该才是考虑的主要因素
心如刀割
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  • 2018-1-4 06:43:20
 
经验才是王道
玮笑帅
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  • 2018-1-4 09:13:13
 
做硬件的确经验很重要,但总要一步步慢慢走啊,慢慢的经验也就多了
aa20897
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实习版主
  • 2018-1-4 22:19:38
 
为啥嘞?还是没有说明白,我说半桥隐患少。
玮笑帅
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  • 2018-1-5 09:32:20
 
我觉得吧,每一种拓扑都有自己的优点和隐患,完全看设计的人怎么做了
玮笑帅
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高级工程师
  • 2018-1-15 19:47:06
  • 倒数10
 
虽然大赛延期了,可是学校放假没法做了,唉!
ZHIYIyunmeng163
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高级工程师
  • 2018-2-8 20:49:14
  • 倒数9
 
支持一下啊。
玮笑帅
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高级工程师
  • 2018-2-9 10:08:02
  • 倒数8
 
谢谢
jingjingge
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LV8
副总工程师
  • 2018-4-3 16:59:54
  • 倒数7
 
楼主快继续做~!!!虽然活动结束了,但是帖子还没完结啊!别弃坑!
玮笑帅
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高级工程师
  • 2018-4-3 18:40:05
  • 倒数6
 
现在在调另外一个片子,这个肯定会更的
yu309262908
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高级工程师
  • 2018-4-4 14:17:47
  • 倒数5
 
那就期待着啦
玮笑帅
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高级工程师
  • 2018-4-4 18:20:28
  • 倒数4
 
共同学习
jx924
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高级工程师
  • 2018-4-8 16:23:46
  • 倒数3
 
期待
玮笑帅
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高级工程师
  • 2018-5-8 09:42:11
  • 倒数2
 
好几个月没更新了,先说一下当前的电源设计情况吧。
设计要求为300W,目前可以达到15V17.5A,离目标还差一点,正在努力完成。贴一下实物图和最新的测试数据
实物图.jpg
测试数据.PNG

玮笑帅
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高级工程师
最新回复
  • 2018-5-8 09:49:07
  • 倒数1
 
我现在遇到一个问题:长时间工作的话,大约3分钟左右,变压器线圈发热严重,烫手的那种。正在解决这一问题,有变压器高手指正指正
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